高速鋼熱處理問答續

T透的水滴

高速鋼熱處理問答(續)

長期以來，工具行業學習原蘇聯的先進經驗，將高速鋼的分級溫度牢牢控制在580～６２０℃，保證φ20㎜以下的工件淬回火后得到≧65HRC的高硬度，但大一點的工件及連續大批量生產時，連64HRC的硬度都很難達到，如20方以上的車刀，M6模數以上的滾刀就是這樣。根據國內外同仁的成功經驗，對冷卻速度有高的要求：在工件溫度在1000～８００℃區間內，冷卻速度越快越好，應≧7℃/S，防止共晶碳化物析出而影響刀具的各項性能，所以不少工具廠將冷卻爐溫度改鋇基為鈣基鹽500～５５０℃。

JB/T9986-2013《工具熱處理金相檢驗》對高速鋼刀具淬火奧氏體晶粒度雖作詳細規定，但實行、執行有差異。我們的經驗如表5。
表5  高速鋼刀具熱處理檢驗標準


產品        淬火晶粒度/級        過熱程度合
格級別/級        回火程度合
格級別/級
名稱        規格/㎜        W=MO系        W系               
直柄麻花鉆        φ≦3        10～12        10～11.5        不允許         





≦2

        3<φ<20        9.5～11        9～10.5        ≦2       
中心鉆        所以規格        10～11.5        9.5～11        ≦1       
錐柄鉆        φ≦30        9.5～11        9～10.5        ≦1       
        φ>30        9～10.5        8.5～10        ≦2       
鋸片銑刀        厚度≦1        10.5～12        10～11        不允許       
        厚度>1        10～11.5        9.5～11        ≦2       
銑、鉸刀類                9.5～11        9～10.5        ≦2a       
車   刀        ≦16χ16        9～10.5        8.5～10        ≦2       
        >16χ16        8.5～10.5        8～10        ≦3       
齒輪滾刀                9.5～11        9～10.5        ≦2b       
螺紋刀具                10～11.5        9.5～11        不允許       
拉   刀                9.5～11        9～10.5        ≦1       
注：①粉末高速鋼的過熱程度≦1級。
②粉末高速鋼淬火晶粒度≦10級時，因晶粒度細小，可按S-G晶粒度標準評級。
③M42、M35等高性能高速鋼回火程度應≦1級。
a、鉆頭、鍵槽銑刀中心的刃口碳化物堆積處過熱程度可≦3級。
b、剃齒刀不允許過熱。



冶煉高速鋼制刀具淬火過熱一般都在回火后檢查，但有經驗的爐前金相員淬火檢查就知曉。過熱不完全是壞事，有些刀具如車刀、滾刀等，只有過熱才耐用，小刀具及螺紋刀具大都不允許過熱，粉末高速鋼制各種精密刀具，最好不要過熱，根據長期工作的經驗并參照國內外相關標準，判定高速鋼過熱級別的依據，以最嚴重視場為最終判據。
1級   碳化物微變形，呈棱角狀
2級   碳化物呈拖尾狀態
3級   碳化物呈線段狀態
4級   碳化物呈半網狀態
5級   碳化物呈封閉網狀態

回火的目的是消除應力、穩定組織、促使二次硬化。刀具回火不足，脆性很大，特別是微型刀具，影響則更大，回火不足與回火充分，切削性能要相差幾百倍。
   檢查回火程度用4%的硝酸酒精侵蝕，侵蝕時間為2～4min，侵蝕溫度為18～25℃.回火程度分為3級，以最嚴重的視場為判據，判定標準如下：
1級（充分）  整個視場為黑色的回火馬氏體+星星點點的碳化物。
2級（一般即合格）  個別區域或碳化物堆積處有白色區存在。
3級（不足即不合格）  較大部視場有白色區存在，隱約可見淬火晶粒。

高速鋼回火常用100%KNO3或100%NaNO3。回火溫度常用540～560℃，有時為了退掉刀柄硬度，將硝鹽槽浴溫提到600℃，不能再提高了，否則有爆炸的危險，以KNO3為例，理由如次：
硝鹽的熱穩定性比較差，隨著溫度的升高，會發生分解
2KNO3 ＞400℃ 2KNO3+O2   若溫度繼續升高，會進一步分解
2KNO3 ＞500℃  K2O+2［N］+5［O］   從以上反應可知，有氧化性很強的活性氧原子生成，鹽浴中有氧的存在對工件十分有危，在一般情況下，“Fe”與“O”相互反應，隨著溫度的變化生成的產物也不同，在150℃以下反應很難進行，隨著溫度的升高逐步發生作用，低于570℃，它們生成Fe3O4。Fe3O4是一種結構致密的氧化物，這種氧化膜的形成能阻止氧與鐵作用，起到保護層的作用。若溫度高于570℃，鐵與氧作用加劇，生成疏松的氧化亞鐵層，氧還可以透過一層薄膜（Fe3O4。）而與鐵繼續作用，使基體受到嚴重腐蝕。若繼續升高溫度，由于硝鹽的熱分解產生的氣體量增加，再加上其他因素（如棉紗頭等），有可能產生爆炸。

裂紋是高速鋼熱處理中常見的缺陷，產生的原因主要以下幾條：
⑴冷卻速度過快   在淬火冷卻階段，當應力達到高速鋼馬氏體的斷裂強度（1000N/㎜2）就會致裂；直接淬火或分級等溫冷卻遇到水易裂；淬火后未冷到室溫清洗也容易開裂。
⑵過高的加熱溫度   加熱溫度過高致使晶粒粗大甚至過熱，脆性大，抗斷裂強度下降，加大淬裂傾向。
⑶過快的加熱速度   高速鋼屬高合金工具鋼，含有較多的合金，元素，導熱性差，過快的加熱速度，使工件里外溫差加大，熱應力差加劇，內外組織轉變不同步，不但使組織應力加大，同時在內外交界處形成斷裂應力，多種應力疊加，加速開裂進程，故形狀復雜件都要經多次預熱。

根據筆者的體會，認為高速鋼鹽浴熱處理產生腐蝕的原因大致可分4個方面：
   ⑴鹽浴腐蝕   原鹽不純潔、脫氧撈渣不徹底、鹽浴中氧化性物質太多；局部加熱的桿狀刀具預熱溫度過高或保溫時間過長，致使暴露在浴面上方的部分受蝕；回火件清洗不干凈，將氯化鹽帶入到硝鹽回火爐中，氯離子腐蝕刀具硝鹽吸收空氣中水分子形成硝鹽，產生腐蝕。
   ⑵氣體腐蝕   抽風不力，鹽面煙霧較大；冷卻溫度過高，出爐后在夾具內部的氣體難以散掉，靠近夾具部位產生氣體腐蝕。
   ⑶清洗不干凈   淬火后工件冷至室溫要及時清洗，特別是頂尖孔、凹槽部位的殘鹽要清洗干凈，清洗水溫應高于80℃，且要適時換水。
   ⑷酸洗腐蝕   酸洗對高速鋼刀具生產來說，實在不是好方法，沒盡早淘汰，因為它會產生氫脆，還會產生腐蝕。
如果實在要進行此步，一定要掌握酸的濃度、酸洗溫度、酸洗時間三要素。